چکیده:
جمله ماشین مغناطیس دائم شار محوری AFPM در این بررسی تنها به ماشین های مغناطیس دائم با روتورهای نوع صفحه ای (دیسکی) اشاره دارد دیگر توپولوژی های ماشین های AFPM نظیر ماشین های شار متقاطع (Torus) که ساختاری صفحه ای دارند مد نظر ما نیستند. در اصل، طراحی الکترومغناطیسی ماشین های AFPM مشابه همتای شار شعاعی PM یعنی RFPM با روتورهای استوانه ای می باشد. طراحی مکانیکی، تحلیل حرارتی و روند سرهم بندی در این مورد بسیار پیچیده تر است.
ماشین AFPM که ماشین نوع دیسکی هم نامیده می شود یک جایگزین خوب برای ماشین RFPM استوانه ای می باشد. چون شکل آن حالت پهن و صفحه ای دارد و ساختار آن جمع و جور و متراکم است و چگالی شار آن بالاست. موتورهای AFPM به طور ویژه ای برای وسایل حمل و نقش الکتریکی EV ها و پمپ ها و دمنده ها و کنترل شیرها و دستگاه های گریز از مرکز و ابزارهای ماشین کاری و تراش و ربوت ها و تجهیزات صنعتی مناسب است. قطر بزرگ روتور با ممان اینرسی بالا می تواند به عنوان یک چرخ طیار (Flywheel) به کار گرفته شود (چرخ طیار چرخ سنگینی است که سرعت ماشین را تثبیت می کند). همچنین ماشین های AFPM می توانند به عنوان ژنراتورهای توان کوچک یا متوسط به کار گرفته شوند. از آنجایی که می توان تعداد زیادی قطب برای آنها در نظر گرفت و در ساختار موتور جای داد این ماشین ها برای کار در سرعت های پایین ایده آل هستند به عنوان مثال می توان از درایوهای کششی الکترومکانیکی یا بالابرها و همچنین مولدهای بادی را نام برد.
ساختار صفحه ای روتور و استاتور ماشین های AFPM آنها را قادر می سازد تا طرح های مختلفی برای آنها ایجاد گردد. ماشین های AFPM می توانند در طرح های تک فاصله هوایی یا با فاصله هوایی چندگانه طراحی شوند یا اینکه با آرمیچر شیاردار یا بدون شیار و یا حتی مدل های بدون آرمیچر. ماشین های توان پایین AFPM معمولا به عنوان ماشین های با سیم پیچ بدون شیار و مغناطیس دائم های سطحی طراحی می شوند.
با افزایش توان خروجی ماشین های AFPM سطح تماس میان روتور و شفت، متناسب با توان کوچکتر می شود. طراحی اتصال مکانیکی شفت و روتور باید با احتیاط و دقت فراوانی انجام گیرد زیرا علت خرابی ماشین های دیسکی معمولا همین موضوع است. در بعضی از موارد روتورها در اجزای انتقال توان قرار داده می شوند تا تعداد قطعات، حجم، جرم، انتقال توان و زمان سرهم بندی بهینه شوند. برای وسایل حمل و نقل الکتریکی (EV) موتورهای چرخ داخلی بهتر است چون سیستم درایو الکترومکانیکی ساده تر می باشد و موجب بالا رفتن راندمان و قیمت کمتر می شود.
در اکثر کاربردها از ماشین های AFPM به عنوان یک موتور DC بی جاروبک استفاده می کنند. کد کننده ها (Encoder) و دیگر حسگرهای موقعیت روتور بخش حیاتی موتورهای صفحه ای بی جاروبک می باشند.
تاریخچه ماشین های الکتریکی نشان می دهد که اولین ماشین ها، ماشین های شار محوری بودند (M.Faraday در سال 1831، یک مخترع بی نام و نشان با علامت اختصاری P.M در سال 1832، W.Ritchie در سال 1833، B.Jacobi در سال 1834 از جمله افرادی بودند که ماشین های شار محوری را ساخته بودند) با این وجود بعد از آنکه T.Davenport در سال 1837 اولین امتیاز را برای ماشین با شار شعاعی به صورت قانونی ثبت نمود، به سرعت ماشین های شار شعاعی مرسوم و به طور گسترده ای به عنوان پیکربندی عام و معمول برای ماشین های الکتریکی مورد قبول قرار گرفتند. اولین نمونه ابتدایی ماشین شار محوری که کار می کرد توسط M.Faraday در سال 1831 به ثبت رسیده است. ساختار نوع دیسکی ماشین های الکتریکی توسط N.Tesla در امریکا به ثبت رسیده است که منجر به نام گذاری موتور الکترومغناطیسی و انتشار آن در سال 1889 شد. دلایل کنار گذاشته شدن ماشین های شار محوری به طور خلاثه در زیر آورده شده است:
– نیروی جاذبه مغناطیسی محوری قوی میان استاتور و روتور
– مشکلات تولید، از جمله برش شیارها و سوراخ ها روی هسته های متورق و دیگر روش های ساخت هسته های استاتور شیاردار
– هزینه های بالا در ساخت هسته های استاتور متورق
– مشکلات در سرهم بندی ماشین و یکسان نگه داشتن فاصله هوایی در تمام نقاط
اگرچه در ابتدا سیستم تحریک PM در ماشین های الکتریکی به کار گرفته شده بود، یعنی در دهه 1830 ولی کیفیت پایین مواد مغناطیسی سخت موجب از رده خارج شدن استفاده از آنها شد. اختراع Alinco در سال 1931 و فریت باریم در سال 1950 و مخصوصا ماده (NdFeB) که در سال 1983 نامگذاری شد موجب بازگشت سیستم تحریک مغناطیس دائم شد.
عموما باور بر این است که قابلیت در دسترس بودن مواد PM با انرژی بالا و مخصوصا PM های کمیاب مهمترین نیروی محرکه برای بهره گیری از توپولوژی های جدید ماشین PM و همچنین احیا دوباره ماشین های AFPM می باشد. قیمت PM های کمیاب در دو دهه اخیر یک منحنی نزولی را طی می کند که در سه سال انتهایی قرن بیستم شیب بسیار تیزی را داشته است. برآورد اخیر در بازار نشان می دهد که PM های NdFeB با قیمتی کمتر از 20 دلار به ازای هر کیلوگرم از شرق دور قابل خریداری است. با در دسترس بودن مواد PM ماشین های AFPM نقش بسیار مهمی را در آینده نزدیک ایفا خواهند نمود.
تعداد صفحه : 200
سمینار ارشد برق بررسی روش های مختلف کنترل بدون حسگر ماشین های شار محوری
